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绪论 1

一、材料的重要性 1

二、工程材料的分类 2

三、工程材料的知识架构 3

四、工程材料课程的性质与任务 7

五、工程材料课程的主要内容 7

第1章 金属材料的性能 9

1.1 金属材料的力学性能 9

1.1.1 强度 9

1.1.2 塑性 11

1.1.3 硬度 12

1.1.4 冲击韧性 14

1.1.5 疲劳强度 16

1.1.6 断裂韧性 17

1.2 金属材料的理化性能 18

1.2.1 金属的物理性能 18

1.2.2 金属的化学性能 19

1.3 金属材料的工艺性能 20

1.3.1 铸造性能 20

1.3.2 锻造性能 21

1.3.3 焊接性能 21

1.3.4 切削加工性能 21

1.3.5 热处理工艺性能 22

1.4 金属材料的高温性能 22

1.4.1 材料的蠕变 22

1.4.2 蠕变极限与持久强度 24

习题与思考题 26

第2章 金属材料的微观结构 28

2.1 金属的晶体结构 28

2.1.1 晶体学基础知识 28

2.1.2 典型金属晶体结构 31

2.1.3 实际晶体结构 34

2.2 合金的相结构 37

2.2.1 概述 37

2.2.2 合金的相结构 38

习题与思考题 42

第3章 金属材料的塑性变形与强韧化 43

3.1 金属材料的塑性变形 43

3.1.1 晶内变形 44

3.1.2 晶间变形 47

3.1.3 冷塑性成形对金属组织和性能的影响 48

3.1.4 回复与再结晶 51

3.1.5 金属的热塑性成形 52

3.1.6 塑性成形件中晶粒的大小 55

3.1.7 金属的超塑性 56

3.2 金属材料的强韧化 57

3.2.1 金属的强化 58

3.2.2 金属的韧化 64

3.2.3 强化与韧化的关系 67

习题与思考题 68

第4章 金属的结晶与二元合金相图 69

4.1 金属的结晶 69

4.1.1 纯金属的结晶条件 69

4.1.2 纯金属结晶的一般过程 70

4.1.3 铸件的凝固组织 72

4.1.4 金属的同素异晶转变 77

4.2 二元合金相图 79

4.2.1 相图的建立 79

4.2.2 匀晶相图 80

4.2.3 共晶相图 83

4.2.4 包晶相图 89

4.2.5 其他相图 91

4.2.6 合金性能与相图的关系 92

4.3 铁-碳合金相图 94

4.3.1 基本分析 94

4.3.2 铁碳合金平衡结晶过程及组织 96

4.3.3 铁碳合金成分-组织-性能之间的关系 99

4.3.4 铁碳相图的应用 102

习题与思考题 102

第5章 热处理原理与工艺 104

5.1 热处理概述 104

5.1.1 热处理在金属材料中的作用 104

5.1.2 热处理基本类型 104

5.2 钢在加热时的组织转变 106

5.2.1 奥氏体的形成 106

5.2.2 奥氏体晶粒的长大及其影响因素 108

5.3 钢在冷却时的组织转变 110

5.3.1 过冷奥氏体的等温转变 111

5.3.2 过冷奥氏体连续冷却转变曲线 120

5.4 钢的退火和正火 123

5.4.1 退火工艺及其应用 123

5.4.2 正火工艺及其应用 126

5.4.3 退火和正火的选用 128

5.5 钢的淬火 129

5.5.1 钢的淬火工艺 129

5.5.2 钢的淬透性 133

5.5.3 常见的淬火缺陷 137

5.6 钢的回火 138

5.6.1 回火时的组织转变与性能 139

5.6.2 回火脆性及回火的分类 141

5.7 钢的表面淬火 142

5.8 钢的化学热处理 146

5.8.1 渗碳 146

5.8.2 渗氮 150

5.8.3 碳氮共渗 151

5.8.4 其他化学热处理工艺 153

5.9 其他热处理工艺 154

5.9.1 可控气氛热处理 154

5.9.2 真空热处理 155

5.9.3 形变热处理 156

5.9.4 钢的时效 157

5.10 常见的热处理问题 159

5.10.1 热处理零件的结构工艺性 159

5.10.2 热处理技术条件标注 161

5.10.3 热处理工序位置安排 161

习题与思考题 163

第6章 表面处理技术 165

6.1 概述 165

6.1.1 表面处理的意义 165

6.1.2 表面处理技术的分类 166

6.2 电镀、化学镀及化学转化膜技术 167

6.2.1 电镀 167

6.2.2 化学镀 170

6.2.3 化学转化膜 171

6.3 表面涂敷技术 172

6.3.1 热喷涂 172

6.3.2 堆焊 175

6.3.3 涂装 176

6.3.4 其他表面涂敷技术 177

6.4 表面改性处理 178

6.4.1 激光表面处理技术 178

6.4.2 电子束表面处理技术 180

6.4.3 其他表面改性方法 181

6.5 气相沉积 182

6.5.1 物理气相沉积（PVD） 182

6.5.2 化学气相沉积（CVD） 185

6.5.3 物理气相沉积与化学气相沉积的对比 186

习题与思考题 187

第7章 工业用钢 189

7.1 工业用钢概述 189

7.1.1 钢的分类 189

7.1.2 钢的牌号表示方法 191

7.2 合金化原理 194

7.2.1 合金元素的存在形式 194

7.2.2 合金元素对Fe-C相图的影响 197

7.2.3 合金元素对钢热处理组织转变的影响 198

7.2.4 合金元素对钢力学性能的影响 201

7.2.5 合金元素对钢工艺性能的影响 203

7.3 工程结构用钢 204

7.3.1 碳素结构钢 205

7.3.2 低合金高强度钢 206

7.3.3 汽车用低合金钢 207

7.3.4 其他工程结构用低合金钢 209

7.3.5 工程用铸造碳钢 210

7.4 机械结构用钢 212

7.4.1 渗碳钢 213

7.4.2 调质钢 214

7.4.3 弹簧钢 221

7.4.4 易切削结构钢 222

7.4.5 超高强度钢 223

7.4.6 其他机械结构用钢 227

7.5 滚动轴承钢 228

7.5.1 滚动轴承钢的特点 228

7.5.2 滚动轴承钢的热处理 229

7.5.3 常用轴承钢 229

7.6 工具钢 231

7.6.1 刃具钢 231

7.6.2 模具钢 240

7.6.3 量具钢 245

7.7 特殊性能钢 246

7.7.1 不锈钢 246

7.7.2 耐热钢 249

7.7.3 高锰耐磨钢 255

7.7.4 特殊物理性能钢 256

习题与思考题 256

第8章 铸铁 259

8.1 铸铁的石墨化 259

8.1.1 铸铁中碳的存在形式 259

8.1.2 铁碳合金双重相图 259

8.1.3 石墨化过程 260

8.1.4 影响石墨化的因素 261

8.1.5 铸铁的分类 262

8.2 灰铸铁 263

8.2.1 灰铸铁的化学成分、组织和性能 263

8.2.2 灰铸铁的孕育处理 264

8.2.3 灰铸铁的牌号和应用 264

8.2.4 灰铸铁的热处理 265

8.3 球墨铸铁 265

8.3.1 球墨铸铁的化学成分和组织特征 266

8.3.2 球墨铸铁的球化处理与孕育处理 266

8.3.3 球墨铸铁的牌号 267

8.3.4 球墨铸铁的热处理 267

8.4 蠕墨铸铁 269

8.5 可锻铸铁 269

8.5.1 可锻铸铁的化学成分和组织特征 269

8.5.2 可锻铸铁的牌号及性能特点 270

8.5.3 可锻铸铁的石墨化退火 271

8.6 特殊性能铸铁 271

习题与思考题 272

第9章 有色金属及其合金 273

9.1 铝及其合金 273

9.1.1 铝的主要特性及应用 273

9.1.2 铝合金及其热处理 274

9.1.3 变形铝合金 276

9.1.4 铸造铝合金 279

9.2 钛及其合金 282

9.2.1 纯钛 282

9.2.2 钛合金 283

9.2.3 钛合金的热处理 286

9.3 铜及其合金 287

9.3.1 纯铜 287

9.3.2 黄铜 287

9.3.3 青铜 290

9.3.4 白铜 293

9.4 镁合金 293

9.4.1 镁合金特点 294

9.4.2 镁合金分类 295

9.4.3 镁合金热处理工艺 297

9.5 高温合金 298

9.5.1 概述 298

9.5.2 高温合金的强化 300

9.5.3 镍基高温合金 303

习题与思考题 306

第10章 高分子材料与陶瓷材料 308

10.1 高分子材料 308

10.1.1 概述 308

10.1.2 高分子材料的结构 310

10.1.3 高分子材料的性能 315

10.1.4 塑料 318

10.1.5 其他高分子材料 322

10.2 陶瓷 326

10.2.1 陶瓷材料的结构与性能 326

10.2.2 常用陶瓷材料 329

习题与思考题 331

第11章 其他工程材料 333

11.1 复合材料 333

11.1.1 复合材料的定义 333

11.1.2 复合材料的分类 334

11.1.3 复合材料的性能特点和增强机制 334

11.1.4 常用复合材料 336

11.2 纳米材料 341

11.2.1 纳米材料的特征 341

11.2.2 纳米材料的制备 342

11.2.3 几种纳米材料及其应用 342

11.3 梯度功能材料 344

11.3.1 梯度功能材料的概念 344

11.3.2 梯度功能材料的制备 345

11.3.3 梯度功能材料的应用 346

11.4 形状记忆材料 347

11.4.1 基本概念及理论 347

11.4.2 形状记忆原理简介 347

11.4.3 形状记忆合金的应用 349

11.5 非晶态合金 349

11.5.1 非晶态合金的特性 349

11.5.2 非晶态合金的应用 351

习题与思考题 351

第12章 零件材料与工艺方法的选择 352

12.1 零件的失效分析 352

12.1.1 工程材料的使用条件 352

12.1.2 失效的形式 353

12.1.3 失效的原因 357

12.1.4 失效分析的方法 358

12.2 零件材料与工艺方法的选用 359

12.2.1 基本原则 359

12.2.2 零件材料与工艺方法选择的步骤及依据 362

12.3 典型零件的材料与工艺选择 377

12.3.1 轴类零件 377

12.3.2 齿轮类零件 381

12.3.3 刃具材料选择及工艺制定 384

12.3.4 模具类零件材料选择及工艺选择 386

12.3.5 飞机材料选择与工艺选择 386

习题与思考题 389

参考文献 392